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DISPOSITIF D'EMISSION DE RAYONSEX.
La production de rayons X à l'aide d'impulsions de tension offre un important avantage :la tension admissible entre l'anode et la cathode du tube à rayons X peut être plus élevée que dans le cas d'emploi de tension continue ou alternative. En outrela valeur instantanée du courant peut être beaucoup plus élevée. Ceci permet de produire des éclairs très brefs' de rayons X durs et de très forte intensité.
Les premiers dispositifs générateurs de rayons X comportaient une bobine d'induction. L'anode et la cathode du tube étaient reliées aux . extrémités de la bobine et dans un petit nombre de spires de cette bobine ou dans un enroulement¯couplé à celle-ci,- on lançait un courant continu périodiquement interrompu. La tension ainsi produite pour'le tube de rayons X affectait la forme d'une oscillation amortie, de sorte qu'outre la pointe de tension nécessaire pour engendrer les rayons X, il pouvait se produire des tensions élevées, de polarité opposée, qui limitaient la valeur maximum de la tension utile admissible.
De plus la tension secondaire pouvait être sujette à d'assez nombreuses fluctuations irrégulières de sorte que l'émis- sion des rayons X n'était pas toujours semblable à elle-même.
Dans une autre réalisation plus récente, les impulsions de ten- sion sont fournies par un. condensateur qui se décharge périodiquement sur le tube à rayons Xo Cet agencement requiert un générateur haute tension in- dépendant pour la tension de charge du condensateur.
Les impulsions de tension requises peuvent aussi s'obtenir à 1' aide d'un générateur de tension de choc. Une telle installation est plus compliquée et, partant, plus coûteuse.-
L'invention concerne un dispositif pour produire des rayons X à l'aide d'impulsions de tension dispositif dont la construction est très simple et qui.assure une émission facilement reproductible. Elle est ba- sée sur le fait que le réglage du courant électronique dans un tube à rayons X ne suscite plus de difficultés.
Suivant l'invention, le dispositif compor-
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te un tube à rayons X muni d'une électrode de réglage et¯d'au moins une électrode-écran; ce tube est monté en série avec une bobine de self-induc- tion sur une source de courant continu sur laquelle est aussi branchée 1' électrode-écran, source dont la tension est trop faible pour que., comme tension anodique, elle puisse produire des rayons X et des moyens sont prévus pour amener périodiquement l'électrode de réglage à un potentiel tel que le courant dans le tube à rayons X soit interrompu, mais pas plus longtemps que nécessaire pour que la tension qui en résulte dans le tube acquière une valeur correspondant à l'émission de rayons X de la longueur d'onde désirée, puis à un potentiel plus élevé pour lequel le tube laisse passer du courant.
L'énergie totale accumulée dans la bobine d'induction au moment de la suppression du courant anodique dans le tube à rayons X doit., de pré- férence, être consommée au cours d'une seule décharge dans le tube. On évi- te ainsi la contre-tension. A cet effet, la valeur de la tension négative appliquée à l'électrode de réglage peut tomber suivant une loi qui sera in- diquée par la suite.
La haute tension dans la bobine d'induction résulte de l'interrup- tion du courant continu dans la bobine. Pour la commande de ce courant, né- cessaire pour obtenir une haute tension pulsatoire, il est connu d'utiliser un tube à décharge comportant une grille de réglage à laquelle on applique 'périodiquement une tension négative et d'utiliser la tension pulsatoire engen- drée pour alimenter un tube à rayons X qui shùnte la bobine.
Dans un montage comportant une bobine de self-induction fournis- sant les impulsions de tension., on a déjà proposé aussi d'utiliser comme tube à rayons X une triode pour la commande du courant d'alimentation et de prélever la tension de polarisation négative de grille, de la tension d'a- limentation de l'anode à l'aide d'un couplage à réaction entre le circuit d'anode et le circuit de grille tel que, pendant la tension pulsatoire, il se produit une émission de rayons X malgré la tension négative de la grille de réglage.
Si l'on tient compte du fait que les rayons X ne sont effective- ment émis que lorsque la tension pulsatoire a atteint sa valeur maximum et que l'on utilise un réglage de la grille tel que les électrons ne soient transmis que dans la zone des tensions les plus élevées, l'émission de ray- ons X sera de nouveau interrompue à un moment tel qu'une partie seulement de l'énergie accumulée dans la bobine d'induction se sera écoulée, de sorte que,, dans ce montage., on obtient une tension élevée de sens opposé.
Le dispositif conforme à l'invention n'est pas sujet à ces in- convénients.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé., donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin fai- sant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fige 1 montre un schéma de montage du dispositif conforme à l'invention.
La fige 2 représente la réalisation pratique d'un tel disposi- tif.
Sur la fig. l, la tension Vb d'une source de tension continue, de l'ordre de grandeur de 0,5 kV, est appliquée à l'anode 1 d'un tube à décharge 2 par l'intermédiaire d'une bobine de self-induction 3. Cette der- nière a une self-induction L et, en même temps.. une certaine capacité c (qui est représentée par le condensateur 4) comprenant aussi la capaci- té du tube et d'éventuelles capacités additionnelles. La cathode 5 du tube à décharge 2 est reliée, par l'intermédiaire du condensateur d'uniformisa- tion 6, au fil d'alimentation de la tension anodique. Entre la cathode 5 l'électrode de réglage 7 du tube à décharge 2 est appliquée la tension Vg.
Le dispositif fournissant cette tension n'est pas représenté sur le des- sin,mais il ne doit pas différer des dispositions connus permettant de
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provoquer une rapide variation de la tension. Dans le cas envisagé, il faut appliquer, périodiquement à l'électrode de réglage une tension né- gative telle que le courant produit dans le tube à rayons X par suite de l'application de la tension d'alimentation soit périodiquement interrom- pue
Pendant le temps où le tube à décharge 2 est conducteur, du courant peut circuler. Lorsque,, au moment to,le tube est brusquement bloqué, le courant est interrompu. Il ne peut tomber brusquement à zéro, car le circuit anodique du tube comporte la bobine d'induction. Le cou- rant chargera donc le condensateur 4.
Si l'intensité du courant d'alimen- tation est 1, l'énergie magnétique existant dans la bobine au moment de l'interruption, énergie dont la grandeur est égale à 1/2 L.i2, est con- vertie en une énergie électrique 1/2 CV2. La valeur de la tension V est maximum lorsque le courant i est nul; à ce moment :
EMI3.1
Un choix judicieux des contantes du-circuit, de la self-in- duction et de la capacité permet de donner à cette tension des valeurs très élevées. En négligeant la résistance de la bobine, lorsque i -= 1 ampn, L = 2 henrys et C = 50 pF, la tension maximum est
Vmax = 200 kV.
Cette tension se produit d'abord au tube à décharge 2 comme tension anodique positive, de sorte que ce tube peut en même temps fai- re office de tube à rayons Xo
Le moment auquel circule le courant de décharge qui provoque une émission de rayons est déterminé par le temps pendant lequel, avant que l'électrode de réglage ne devienne négative, la tension utilisée à cet ef- fet tombe à zéro. Ceci doit se produire lorsque la tension anodique se rappro- che de sa valeur maximum. Lorsqu'on considère t1 comme le moment auquel, après l'interruption du courant à l'instant t0, la tension anodique est de- venue maximum, la haute tension appliquée au tube et pour laquelle se pro- duit une émission de rayons subsiste plus longtemps lorsque le moment de déblocage du tube précède t1 que lorsque ce moment coïncide avec t1 ou suit t1.
Dans le premier case à ce moment, un courant de charge circule encore vers le condensateur 4 et dans le dernier cas, le condensateur se décharge déjà sur la bobine. La forme et la hauteur de l'impulsion de ten- sion dépendent donc du moment auquel le tube 2 devient conducteur. On ob- tient un fonctionnement très favorable lorsque l'interruption du courant, est de l'ordre de grandeur de 1/8 à 1/4 de période de l'oscillation du circuit LC.
On peut utiliser des moyens pour prolonger le temps pendant le- quel existe une haute tension anodique, par exemple en libérant lentement le tube. Dans ce cas, au lieu d'une tension de forme rectangulaire, on ap- plique à l'électrode de réglage une tension diminuant lentement en valeur absolue à partir de la plus grande valeur négative.
L'utilisation d'une électrode-écran 8 dans le tube à rayons X permet d'utiliser une tension de réglage assez faible et de plus, le ré- glage est pratiquement indépendant de la tension anodique. L'électrode- écran 8 est connectée à la source de tension d'alimentation, par exemple par l'intermédiaire d'une résistance 9.
Après l'interruption du courant d'alimentation, si les varia- tions de la tension de l'électrode de réglage n'étaient pas telles que 1'
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énergie accumulée dans la bobine de self soit évacuée par le tube, on ob- tiendrait aux bornes de la bobine de self-induction une tension oscilla- toire. De préférence, les variations de la tension de l'électrode de réglage sont donc telles que cette énergie soit évacuée au moment où la tension anodique cesse d'agir. Dans ce cas, il ne se produit pas de contretension sur le tube et l'on tire tout le parti possible de la possibilité d'une plus grande charge de ce tube par des impulsions de tension.
Le temps de décharge du condensateur 4 est de l'ordre de gran- deur de C.V. expression dans laquelle I est le courant de décharge. Par
I' suite du pouvoir émissif de la cathode, ce courant peut avoir la même intensité que celle du courant d'alimentation i correspondant à la tension d'alimentation Vb. Entre deux décharges, l'intensité de courant doit aug- menter de zéro à i. En négligeant la tension du tube, on obtient L di/dt = Vb, dt expression dans laquelle, après t secondes =Li/Vb, le courant a augmenté de zéro b zéro à i.
Le calcul suivant montre que de cette manière on peut convertir une puissance raisonnable en rayons X. Si l'on impose que la puissance soit de 3 kW pour une tension pulsatoire de 300 kV, il faut que, pour n impul- sions par seconde, 1/2 nCV2 = 3 kW. Si C = 50 pF, on obtient n = 1333 c/s.
Si l'on admet comme intensité du courant du tube, i = 1 ampère, on déduit de 1/2 n L i2 = 3 kW que L = 4,5 henrys. Pour que le courant puis- se croître en 1 seconde de 0 à 1 A, on déduit de n L i = Vb que Vb = 6000 V. n
Dans ce calcul on commet une erreur, car on suppose que le temps pendant lequel s'effectue l'accroissement de courant, est égal à l'inter- valle compris entre deux impulsions successives. La durée de l'impulsion (1/n-t) est négligeable par rapport au temps f, de sorte que cette simplifica- tion n'affecte pratiquement pas'le résultat.
Sur la fige 2, la paroi extérieure 10 du tube à rayons X est pres- que entièrement en métal. A la partie métallique se raccorde une partie de verre 11 munie d'un rentrant. Dans ce rentrante se trouve le pied de verre 12 qui porte la cathode 13. Ce pied porte aussi l'électrode de réglage 14 qui affecte la forme d'un tube cylindrique dont une extrémité est munie d'un dia- phragme 15 percé d'une ouverture 16 pour le passage du faisceau d'électrons.
Au rentrant est scellée une électrode cylindrique 17 dont l'autre extrémité porte une plaque 18 percée d'une ouverture dans laquelle est fixé un tube cylindrique 19 qui s'étend dans la direction de la cathode. Cette é- lectrode fait office de cylindre écran entre l'anode et la cathode et a pour objet de réduire la sensibilité de l'émission cathodique aux variations de la tension anodique.
Le courant est amené à la cathode par deux fils d'alimentation 20 et 21 qui sont scellés dans le pied 12. Celui-ci comporte un troisième fil 22 servant à appliquer la tension à l'électrode de réglage 14. La con- nexion au cylindre de blindage 17 est assurée par le fil 23.
L'anode 24 du tube est réalisée de la manière normale, c'est-à- dire avec un capuchon de protection pour arrêter l'émission secondaire. Il comporte à l'avant une surface en biseau dans laquelle sè trouve le disque anodique 26 sur lequel on concentre le faisceau d'électrons. Le capuchon 25 est percé d'une ouverture 27 pour le passage du faisceau et d'une ou- verture de sortie 28 pour les rayons X; cette dernière ouverture est fer- mée par un disque 29 en un métal qui laisse passer facilement des rayons X, par exemple du glucinium.
L'anode 24 est fixée hermétiquement à une partie rentrante 30 de la paroi du tube. A l'intérieur de cette partie de paroi est formée une en-
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ceinte cylindrique qui offre la place nécessaire pour'loger la bobine d'in- duction dù montage représenté sur la fige 1. La bobine est constituée par un certain nombre de parties 31 fabriquées séparément et entourées d'une couche de matière isolante. Ces parties sont montées en série; une extrémi- té de la bobine d'induction est reliée à l'anode et l'autre, à la paroi extérieure métallique du tube. La partie de paroi comprise entre l'anode et l'extrémité du tube doit être suffisamment isolante pour bloquer la èn- sion obtenue dans la bobine, donc entièrement où en majeure partie en matière isolante par éxemple du verre ou de la porcelaine.
Elle peut être subdivi- sée par des bagues métalliques 32 dont chacune est reliée à une partie sé- parée de la bobine, de sorte que l'on obtient une division forcée de la tension dans la bobine d'induction sur la partie rentrante de la paroi du tube.
A l'intérieur de la bobine, se trouve un tube 33 en matière iso- lante pour amener un liquide de réfrigération à l'anode. Par l'intermédiai- re des canaux 34 ménagés dans l'anode, ce liquide parvient dans la chambre des bobines et peut en même temps servir à évacuer la chaleur développée dans ces bobines. Le liquide doit être bien isolant; on utilisera donc, de préférence, de l'huile.
Pendant l'utilisation de ce dispositif,, une haute tension étant engendrée entre les bornes de la bobine d'induction, la paroi extérieure du tube peut être mise à la terre,-de façon que les parties se trouvant sous haute tension soient entièrement blindées. Une gaine spéciale.contenant de l'huile ou du gaz comprimé, est superflue. Entre la paroi du tube et la cathode,on connecte la source dalimentation qui ne fournit qu'une tension assez basse, par exemple 6000 Vo
Du côté opposé à la cathode, on a prévu un couvercle 35 pour fer- mer la chambre des bobines ; couvercle comporte des moyens 36 et 37 pour assurer l'amenée et l'évacuation du liquide de réfrigération.